Типовые объекты и типовые схемы автоматизации

Все ХТП можно отнести в одну из групп типовых процессов:

В основе каждой из групп лежат физико-химические закономерности, что предопределяет их свойства как объектов управления. Благодаря этому возможна разработка типовых схем автоматизации объектов на основе детального изучения их св-в, однако одного технологического признака недостаточно для типизации, т.к. одинаковые процессы могут иметь различные аппаратурное оформление (сушка - кипящий слой и барабанная). При разработке систем автоматизации сложных комплексов как отделения, цеха следует их делить на простые (типовые) объекты, для каждой из которых можно разработать типовую схему автоматизации. Схема автоматизации большинства типовых объектов представляют собой одноконтурные АСР число которых зависит от сложности объекта, кроме того применяют сложные АСР например двухконтурные (каскадные) и комбинированные АСР.

Наибольшее применение получили АСР следующих типовых процессов:

1.АСР гидродинамических процессов. В них входят АСР расхода жидких, газообразных, сыпучих материалов, АСР давления и уровня.

2.АСР тепловых процессов: АСР теплообменных аппаратов и АСР выпарных аппаратов.

3.АСР массообменных процессов: АСР абсорбции, ректификации, сушки и других процессов.

5.2.1 АСР гидродинамических процессов В них входит АСР расхода жидких, газообразных, сыпучих, АСР уровня.

1) АСР расхода жидких, газообразных. Главная задача – поддержание заданной производительности путем стабилизации материальных потоков. В данном АСР регулируемым является участок трубы

Объект соответствует безинерционному звену и выбор типа регулятора определяется заданными параметрами качества объекта.

2) АСР расхода сыпучих материалов. В этой АСР регулятор воздействует на механизм который перемещает регулирующий орган. По динамическим свойствам соответствует звену частичного запаздывания

3) Расход компонентов в определённом соотношении

1- основной поток стабилизируется системами регулирования, 2-оегулируется в определённом соотношении.

4) АСР давления. Основная задача - регулирование изменением расхода газа на входе в аппарат.

5) АСР уровня жидкости. Требования различны в зависимости в основном или во вспомогательном аппарате необходимо регулировать уровень. Основной – уровень в выпарном аппарате, т.к от него зависит тепловой режим. Вспомогательный – буферная ёмкость. Регулируют насосами переменной производительности и регулировочными клапанами или с помощью емкостных датчиков

5.2.2 АСР тепловых процессов АСР теплообменных аппаратов

Наиболее применяемые здесь теплообменные процессы, передача тепла в котором осуществляется или путем смешивание холодного или нагретого потоков, или путем теплообмена через стенку в соответствующих аппаратах (теплообменниках). Как объект регулирования теплообменные аппараты обладают высокой инерционностью запаздывания, а также датчики температуры, обладающие ей же больше, чем соответствующие датчики расхода, давления, уровня.Из теплообменных аппаратов наиболее используются кожухотрубчатые теплообменники типа труба трубе, изменение температуры в них осуществляется за счет передачи тепла через стенку от более к менее нагретым.

Основным способам регулирования температуры в них является способ обеспечение заданной температуры рабочего раствора (вторичного потока) на выходе теплообменника путем изменения расхода потока (первичного потока).

Во многих производствах также надо регулировать температуру различных реакторах, смесителях, мешалках, и различные теплообменники: змеевиковые, тепловые рубашки.

Выпаривание состоит из испарения части растворителя и увеличения концентрации упариваемого раствора. Выпарная установка состоит из следующих элементов: теплообменника, где исходный раствор подогревается до температуры кипения; сам выпарной аппарат; барометрический конденсатор.

Задача: стабилизировать материальные и тепловые потоки и получение упаренного раствора заданной концентрации.

Материальный баланс по упаренному раствору поддерживается за счет сохранения равенства между количеством растворенного вещества, поступившего с исходным раствором, и его количеством с выводимым раствором- с помощью АСР уровня (поз.1), где регулятор воздействует на величину входного потока упаренного раствора. Заданная концентрация упаренного раствора на выходе выпарного аппарата(2) обеспечивается АСР концентрации(поз.2). При этом регулятор изменяет величину отходящего потока из аппарата, следовательно, изменяет время пребывания раствора в аппарате и, следовательно, его концентрацию.

Стабилизация теплового потока реализуется с помощью АСР давления пара, поступающего в теплообменник 1 и выпарную камеру самого аппарата с помощью АСР давления.Для стабилизации процесса выпаривания нужно также регулировать давление паров фракции в выпарном аппарате, что получает АСР давления 3, в котором регулятор воздействует на расход воды, поступающего в барометрический конденсатор.

5.2.3 АСР массообменных процессов В химической технологии для разделения веществ широко используются массообменные процессы: абсорбцию, экстракцию ректификацию, адсорбцию и сушку.

В процессе массообмена участвуют минимум три вещества: распределяющее вещество, составляющее первую фазу; распределяющее вещество, составляющее вторую фазу; распределяемое вещество, переходящее из одной фазы в другую. Основное уравнение массопередачи:

dM - определяет количество вещества, переходящего из одной фазы в другую через поверхность dF при движущей силе процеса ∆ и коэффициенте массопередачи k.

Большинство массообменных процессов проводят в аппаратах колонного типа. Для повышения качества переходных процессов в системах автоматизации массообменных установок широко используются комбинированные АСР, использующие дополнительные сигналы из промежуточных точек аппаратов. Наибольшие сложности при регулировании массообменных процессов чаще всего возникают из-за отсутствия автоматических приборов для непрерывного контроля состава получаемых продуктов. В этих случаях регулирование состава ведут по косвенным параметрам- tкип смеси ее плотности. При этом возникают сложности, связанные с компенсацией влияния возмущающих факторов на взаимосвязь между косвенным параметром и составом.

5.2.4 АСР процесса газовой абсорбции. Сущность процесса заключается в поглощении газовой смеси(компонентов в ней) с помощью специального абсорбента. Цель процесса:а) утилизация абсорбируемой части газового потока,б) очистка газовой смеси от какого-либо компонента,в) для ее достижения надо получить рабочий раствор на выходе из абсорбера заданной концентрации Цель управления: достичь заданной степени очистки смеси от определенного компонента, который характеризуется дополнительной остаточной концентрацией данного компонента в газовой смеси на выходе из абсорбера. Условия протекания процесса в абсорберах насадочного и тарельчатого типов зависит от температуры, давления и от соотношения газовой смеси и абсорбента. Задача управления: поддержание заданного значения давления и температуры в абсорбере и его материального баланса по поглощенному компоненту газовой смеси. Данная задача решается в следующей схеме АСР газового абсорбера

Рисунок, который должен дать преподаватель

Температура в данном абсорбере стабилизируется за счет стабилизации температуры абсорбента на входе в данный абсорбер.

Основой АСР является АСР концентрации рабочего раствора на выходе из абсорбера 2. Данный АСР изменяет концентрацию рабочего раствора на выходе жидкости из абсорбера, а регулятором оказывает регулирующие воздействие на изменение количества абсорбента, поступающего в данный абсорбер.

Для поддержания материального баланса абсорбера по рабочему раствору используется АСР уравнения рабочего раствора(1), где регулируется изменение расхода рабочего раствора из абсорбера. Для стабилизации давления газа среды в абсорбере используется АСР давления(3), где регулируется изменение расхода газовой смеси на выходе из абсорбера.

Для решения задачи б) датчик концентрации устанавливается на выходе газового потока из абсорбера, а регулятор будет воздействовать также на расход подаваемого абсорбента.

5.2.5 АСР процесса ректификации Основная задача процесса ректификации заключается в разделении низкокипящего компонента - дистиллята и высококипящего компонента - кубового остатка. Основные параметры: состав, расход, температура питательной смеси, давление в калоне и др. Основными регулируемыми воздействиями являются расход флегмы в колонне и теплоперенос в кипятильнике.

Типовая ректификационная установка состоит из емкости исходной смеси (1), теплообменника (2), ректификационной колонны(3), выносной кипятильник(4), конденсатор(5), емкость(6).

Стабилизация расхода исходной смеси регулируется АСР расхода(1). Температура исходной смеси стабилизируется АСР температуры(2), где регулируется изменение расхода пара, поступающего в теплообменник. Давление в верхней части колонны стабилизируется с помощью АСР(3), регулятор изменения расхода воды, поступающего из дефлегматора (5). Для обеспечения материального баланса флегмоемкости используется АСР уровня жидкости. Для стабилизации низа колонны используется АСР расхода пара(5). Также надо регулировать уровень остатка колонны- используется АСР уровня(7).

5.2.6 АСР реакторных процессов Работа системы автоматического регулирования реактора в значительной мере зависит от того, насколько удачно спроектированный реактор. Часто продуктивность технологической установки определяется продуктивностью реактора, который находиться с начала технологической линии. Обычно реактор, застрахованный от быстрых и случайных изменений нагрузки, но это не упрощает требований к систем регулирования параметров реакторов.

Большинство химических реакторов должныработать при неизменной нагрузке, чтобы избежать переходных процессов.

Для регулирования химических реакторов необходимо использование систем регулирования какие хорошо работают. Скорость изменения концентрации С вещество в большинства случаев можно описать уравнением

где С - концентрация вещества в момент t; С0 - концентрация вещества на начале реакций, k - константа реакции.

Относительное преобразование вещество в целевой продукт обозначим через у. Тогда

(4)

В неразрывном реакторе идеального вытеснения смесь течет без обратного перемешвания в направления течения. Главным факторам в реакторы этого типа -время опаздывания. Это время в течение которого смесь проходить через объем реактора V с расходом течения F. Он равный V/F. Концентрация на выходе с реактора идеального вытеснения равные

(5)

Зависимость степени преобразования веществ от расхода

(6)

В реакторе идеального смешивания скорость преобразования веществ равная

Между степенью преобразования вещества и иногда его нахождения в реакторе существует следующая зависимость

(9)

Константа скорости реакции увеличивается со изменением температуры

, где - постоянные величины для каждой реакции; R - универсальная газовая константа, T - абсолютная температура.

Реакторы неразрывного действия работают с постоянной скоростью подачи исходных материалов и отвода целевого продукту, а также при неразрывном отводе тепла. Когда система автоматического управления хорошо спроектировано, тогда эти параметры меняются незначительно. Это относиться и к составу реакционной смеси и ее температуры. В процессе работы реактора активность катализатора обычно снижается, а также уменьшается коэффициент теплоотдачи. Система автоматического управления реактора должна поддерживать задаваемые условия выполнения процесса. Реакторы можно разделить на: 1) однопроходные (без рециркуляции); 2) с рециркуляцией веществ.

6.Автоматизированные системы управления технологическими процессами Состав АСУ выбирается таким образом, чтобы система соответствовала общим требованиям, установленным ГОСТ, и отдельным требованиям, содержащимся в техническом задании на ее создание. В состав любой АСУ входят компоненты: оперативный персонал, информационное, организационное, программное и техническое оснащение. Разработка программного оснащения проводится на основании математического оснащения. Процесс функционирования АСУ является процессом целенаправленного преобразования входной информации в выходящую. Преобразование проводится компонентами оперативным персоналом и техническим оснащением. Они собирают входную информацию от объекта и др. источников, обрабатывают и анализируют ее, потом принимают решение по управлению и реализуют их, формируя управляющее воздействие на объект. Для функционирования персонала и комплекса технических средств в соответствии с принятыми и критериями их обеспечивают правилами и инструкциями. Для персонала это документы, для КТС– численной ЭВМ–программное обеспечение. Оперативный персонал АСУ состоит из технологов- операторов, которые осуществляют контроль и управление объектом и эксплуатационного персонала. Организационное оснащение АСУ представляет собой совокупность документов, в них входят технологические инструкции и регламенты, которые определяют проведение процесса, инструкции по эксплуатации системы.Техническое оснащение АСУ это комплекс технических средств, в его состав входят средства получения, преобразования, передачи и отображения информации, управляющие, вычислительные и исполняющие приборы.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: